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La présente invention est relative à des per- fectionnements aux garnissages ou revêtements réfractai- res et concerne, en particulier, des blocs pour garnir les parois de fours métallurgiques.
Les modes de garnissage employés jusqu'ici pour les parois des fours à arc électrique et des fours Siemen Martin sont les suivants : 1) Des briques réfractaires cuites ou non, liées chimiquement, de forme rectangulaire ou en formate coin et consistant en magnésite, chrome-magnésite, magnésite-chro- me ou dolomite sont posées dans du mortier, liées à l'eau ou au goudron ou réunies à l'aide de fines tôles d'acier placées entre les briques, les tôles d'acier s'oxydant, fondant partiellement et réagissant avec la masse .des briques, lorsque le four est chauffé, de manière à produi' re un joint résistant.
2) Une plaque est placée temporairement dans le four à garnir et est disposée parallèlement aux parois.
Elle présente des dimensions telles que soit formé entre elles et les parois un espace annulaire dans lequel de la matière réfractaire est placée et damée de manière à for- mer les parois d'épaisseur requise, après quoi la plaque est enlevée. Des matières réfractaires convenant à cette fin peuvent être la magnésite ou la dolomite dans le cas de fours à garnissage ou revêtement basique. Les revête- ments formés de la manière indiquée ci-dessus à l'aide de briques réfractaires réunies de manière appropriée dispa- raissent finalement par perte progressive de matière sur les faces de travail des briques, par suite d'un écaille, ment ou analogue, plutôt que par érosion de la matière par des agents chimiques.
Les garnissages formés par da- mage selon le second procédé évoqué ci-dessus subissent
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également de sérieux effets d'écallement en particulier dans le cas de matières à base de magnésite et de telles structures damées disparaissent prématurément par perte progressive de matière de la surface de travail.
On sait, de manière générale, que le "pelage" ou écaillement des parois de fours peut être réduit en renforçant les parois, par exemple en y introduisant des tôles d'acier, comme dans le cas de bri- ques jointes par des tôles d'acier ou de briques envelop- pées d'acier, ou-encore par renforcement int des bri- ques elles-mêmes, en utilisant des plaques pleines ou per forées, ou encore en employant une cage interne en acier constituée de barreaux en acier pour de grand éléments réfractaires.
Il a également été constaté, de manière généra- le, que l'effet de renforcement est plus grand, si les éléments de renforcement sont disposés perpendiculairement à la surface de travail de la paroi. A cet égard, on a réssui à réduire l'écaillement en utilisant des briques enveloppées d'acier, auquel cas la matière réfractaire sous forme de petits éléments est totalement enfermée dans de solides boites en acier et ainsi/présentée à la chaleur du four..
De cette manière, aucune grande zone de matière réfractaire non renforcée et ainsi autonome n'est présen- tée à la chaleur du four et le risque d'écaillement est moindre. des
Un / avantage sérieux de l'utilisation de briques entièrement enveloppées d'acier réside dans le fait que les grandes surfaces de contact métal sur métal entre élé- ments adjacents confère de l'instabilité à la paroi consti tuée de tels éléments, à cause du glissement que ces élé- ments ont tendance à subir l'un par rapport à l'autre du fait de ce contact métal sur métal.
Les joints entre bri
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ques adjacentes sont aussi quelque peu épais et si des intervalles se forment le long des joints par suite d'ir- régularités normales, ces intervalles livrent passage aux gaz et aux flammes du four et peuvent donner lieu à une fusion prématurée des feuilles d'acier, avant que l'oxy- dation et la réaction lentes et nécessaires de l'acier avec le corps réfractaire de la brique puissent avoir lieu.
On sait par ailleurs que le module de section de l'élément de renforcement a un effet marqué sur son efficacité. Ainsi un tube creux de section circulaire est beaucoup plus résistant et à une efficacité de renforce- ment beaucoup plus grande qu'un tube de section carrée ou rectangulaire et a une résistance et une efficacité encore plus grandes qu'une barre pleine de même poids. Ce princi- pe a été adopté dans l'utilisation de tubes en acier rem- plis de magnésite d'une longueur de 12 à 18 pouces, d'un diamètre de 5 pouces et d'une épaisseur de paroi de 3/l6è à 1/4 de pouce, comme éléments de construction pour parois de four en acier. A présent, de tels tubes sont utilisés pour le garnissage de parois de fours à arc électrique, de cheminées d'air de fours à. sole et analogues.
Lors de l'édification d'un mur ou d'une paroi de tubes de magnésite, les tubes sont posés parallèlement l'un à l'autre en couches et les interstices entre les tubes sont remplis de magnésite de composition similaire ou modifiée par rapport à celle de la magnésite contenue dans les tubes. eux-mêmes.
Les avantages de ce type de construction sont les suivants : a) Le module de section de l'élément de renforce- ment, c'est-à-dire le tube lui-même procure une résistan- ce et une efficacité de renforcement maxima; b) la face de la paroi dirigée vers la chaleur du
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four est divisée en petits éléments ne comportant pas de grandes zones de matière réfractaire se supportant par elle-même, en sorte que la résistance à l'écaillement est très grande ; c) le contact entre les tubes est un contact liné- aire quine se présente qu'au 6 endroits, de sorte qu'il y a peu de risque de formation de passages libres pour l'air entre tubes adjacents,. ce qui diminue le risque de fusion prématurée;
d) à cause des zones de contact métal sur métal très petites, le risque d'instabilité due au glissement relatif des éléments est très faible.
L'expérience a révélé qu'une paroi de four élec- trique pour l'élaboration d'acier, construite à l'aide de tubes remplis de magnésite, possède un rendement supérieur à celui de n'importe quel autre type de structure, aux points de vue de la stabilité structurelle et de la résis- tance à l'écaillement et à l'usure.
Le seul désavantage de ce type de construction est la période relativement longue nécessaire pour son édification et ceci a un effet marqué sur/la marche écono- mique du four. Par ailleurs, l'édification d'une paroi en tubes de magnésite nécessite une main d'oeuvre quali- fiée et celle-ci peut ne pas être toujours disponible dans une aciérie, dont la fonction principale est l'élabo- ration d'acier.
La présente invention a pour objet un garnissa- ge de four possédant l'avantage de la structure à tubes de magnésite au point de vue de sa durabilité, combiné à l'avantage d'une grande rapidité d'édification.
La présente invention concerne un bloc de gar- nissage de four comportant un cadre ou châssis métallique entourant ses côtés et ses bords, ce châssis comportant
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une structure de renforcement métallique unitaire, qui définit dans ledit châssis une multiplicité de comparti- ments ouverts à leurs extrémités et s'étendant de la face frontale à la face dorsale du bloc, chaque compartiment étant rempli d'une matière réfractaire.
Dans une forme d'exécution de la présente inven- tion, la structure de renforcement comprend des couches de tubes métalliques, chaque tube étant assujetti aux tubes adjacents et les couches extérieures de tubes étant assu- jetties au cadre¯ou châssis. Les tubes sont, de préfé- rence, de section circulaire, bien qu'ils puissent évidem ment être de section carrée, rectangulaire, triangulaire ou hexagonale.
Dans une autre forme d'exécution de la présente invention, la structure de renforcement métallique com- prend des rangées de compartiments de section rectangulai- re. Ces rangées de compartiments peuvent être formées par des plaques métalliques s'imbriquant l'une dans l'au- tre. La structure de renforcement métallique peut aussi être constituée de rangées de compartiments de section triangulaire, ces rangées de compartiments étant formées par une série de plaques métalliques droites et en zig-zag alternant l'une avec l'autre et fixées l'une à l'autre, par exemple par soudage.
Le bloc de garnissage de four peut être de forme rectangulaire ou en forme de segment circulaire. Dans le cas d'un bloc en forme de segment circulaire, si des tubes côtés parallèles sont assemblés de façon que leurs ex- trémités antérieures soient en contact dans le plan hori- zontal de la face concave du bloc, leurs extrémités posté- rieures seront nécessairement séparées par de petits inter valles dans le plan horizontal de¯la face convexe du bloc.
Les extrémités des tubes, à l'arrière du bloc, peuvent être;
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reliées, pour plus de solidité, dans le plan horizontal, par fixation de courtes tiges métalliques aux tubes adja- cents par soudage.
Les tubes assemblés peuvent être soudés par points l'un à l'autre à l'avant et à l'arrière, de même que dans le plan horizontal et dans le plan vertical, dans le cas d'un bloc de ferme rectangulaire, les tubes exté- rieurs étant par ailleurs attachés au châssis ou cadre lui-même par soudage. Dans le cas d'un bloc en forme de segment circulaire ou dans d'autres cas où, en raison de la forme particulière de la section, un alignement paral- lèle des tubes ne peut pas être obtenu, les extrémités postérieures, ctest-à-dire les extrémités de la face non travaillante des tubes sont attachées par soudage de cour- tes tiges métalliques, comme décrit plus haut.
La matiè- re réfractaire utilisée pour remplir le châssis., est h'im- porte quelle matière réfractaire de qualité appropriée pour être tassée ou pressée et liée par les méthodes habi- tuelles, en utilisant des liants.qui peuvent être consti- tués par de l'eau, de la lessive sulfitique, une solution de sulfate de magnésium, du silicate de sodium, du gou- dron, du bitume ou de l'asphalte.
Comme exemples de tel- les matières réfractaires et de tels agents liants, on peut citer les suivants : (a) magnésite seule ou mélanges de magnésite avec des agents liants et/ou durcissants appropriés, tels que silicate de sodium, lessive sulfitique, goudron, bi- tume ou asphalte; (b) mélanges de magnésite, tels que chrome-magnésite ou magnésite-chrome, mélanges de magnésite avec d'autres .matières minérales telles que spinelle ou forstérite; (c) dolomite calcinée ou dolomie liée à l'aide de goudron, bitume ou asphalte ou non liée;
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(d) dolomite stabilisée liée avec de l'eau, de la lessive ' sulfitique, du goudron, du bitume ou de l'asphalte; (e) alumine liée à l'aide d'un liant approprié tel que lessive sulfitique, goudron, bitume ou asphalte.
Le bloc de garnissage de four suivant la présen- te invention peut être utilisé pour la construction de voûtes de fours, en recouvrant la face postérieure du bloc de métal et en munissant le dos métallique de moyens pour supporter le bloc dans sa position de travail.
La présente invention concerne également un pro- cédé pour la fabrication d'un bloc de garnissage de four, ce procédé consistant à former un châssis ou cadre métal- lique dans lequel est disposée une structure de renforce- ment métallique unitaire comprenant une multiplicité de compartiments à extrémités ouvertes s'étendant de la face frontale à la face dorsale du bloc, et à remplir ensuite lesdits compartiments à l'aide d'une matière réfractaire.
L'invention a également trait à un procédé pour la fabrication d'un bloc de garnissage de four, ce procédé consistant à remplir une multiplicité de tubes métalliques à l'aide dtune matière réfractaire, à disposer ces tubes dans un châssis ou cadre métallique, à assujettir ensuite ' les tubes l'un à l'autre ainsi qu'au châssis ou cadre mé- tallique et à remplir les interstices entre les tubes métalliques et entre les tubes métalliques et le châssis à l'aide d'une matière réfractaire.
On décrira à présent, à titre d'exemple et se référant aux dessins ci-annexés, des blocs de garnissage de four ainsi qutun garnissage de four suivant la présente invention.
Dans les dessins : - les figures 1 à 6 sont des vues en perspecti- ve.de diverses'formes de blocs de garnissage de four ou de
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parties de tels blocs,- et la figure 7 est une coupe d'une partie de la voûte d'un four.
La figure 1 montre un bloc de garnissage de four de forme rectangulaire, comprenant un châssis ou cadre 11 formé de plaques en acier doux d'une épaisseur de 1/8è à 3/8e de pouce et rempli de tubes 12 en acier doux d'une longueur de 6 à 18 pouces, d'un diamètre de 3 à 6 pouces et d'une épaisseur de paroi de 1/8è à 1/4 de pouce. Les tubes 12 sont soudés par points l'un à l'autre tant à leur extrémité antérieure qu'à leur extrémité postérieure, de même que dans le plan horizontal et dans le plan ver- tical et les tubes extérieurs sont attachés au châssis ,ou cadre il par soudage. Après assemblage, le châssis ou cadre rempli de tubes est entièrement rempli à l'aide d'une matière réfractaire appropriée 13.
La matière réfractaire peut être placée dans le cadre ou châssis rempli de tubes par tassement à la main ou à l'aide d'un dispositif pneumatique, en employant des pistolets de projection de matière réfractaire ou un équipement du type de projection de 5able ou encore par vibration ou par versage comme pour duéton ordinaire.
Pour permettre le levage de bloc fini, les élé- ments latéraux du châssis ou cadre sont prolongés vers le haut au delà du niveau de la couche supérieure de tubes et y sont percés de trous 15, au nombre de 2 ou davantage, permettant d'y placer les çrochets de levage ordinaires dont on dispose dans l'équipement d'une aciérie. Dans le but de permettre le levage dans une direction parallèle à l'axe le plus court du châssis, c'est-à-dire tout en maintenant le châssis en position horizontale, des pattes convenablement perforées 33, au nombre de deux ou davan- tage, sont soudées à l'un et/ou l'autre des éléments dia-
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diamétralement opposés du châssis.
Lorsqu'on utilise pour le châssis ou cadre des plaques en acier de 1/8à de pouce d'épaisseur, la zone entourant les trous 15 peut être ren- forcée en soudant deux autres plaques de 1/8à de pouce, convenablement perforées, de chaque côté de la plaque.
Dans une autre forme d'exécution de la présente invention, le bloc peut affecter la forme d'un segment circulaire. Dans un tel bloc comportant des tubes 4 côtés parallèles, les extrémités des tubes à la face frontale du bloc seront en contact l'un avec l'autre dans le plan horizontal, tandis que leurs extrémités postérieures seront nécessairement séparées l'une de l'autre, comme le montre la figure 2. Les extrémités postérieures, c'est-à-dire les extrémités de la face postérieure des tubes sont re- liés., pour accroître leur résistance, dans le plan hori- zontal, à l'aide de courtes tiges en acier 16 soudées aux tubes adjacents.
Le bloc de garnissage de four peut présenter n'importe quelles surface et épaisseur appropriées et un certain nombre de tels blocs (par exemple, six) consti- tuent un garnissage complet pour la paroi d'un four. Le bloc peut, si on le désire, être convenablement percé pour y disposer le châssis d'unporte de chargement ou des dis positifs d'entrée d'électrodes ou analogues.
La figure 3 montre un bloc de garnissage de four en forme de segment circulaire, comprenant un châssis ou cadre 17 divisé en un certain nombre de compartiments 18 à parois d'une épaisseur pouvant atteindre 1/4 de pouce en munissant des éléments verticaux 19 et des éléments horizontaux 20 de fentes ou d'encoches et en les soudant l'un à l'autre, comme montré à la figure 4. 'Grâce à ce mode d'assemblage, on obtient des boîtes ou compartiments de section convenable s'adaptant à la courbure du châssis
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et servant à retenir la matière réfractaire basique. Les boîtes ou compartiments sont convenablement remplis de ma- tière réfractaire, comme décrit plus haut.
La figure 5 montre une autre forme d'éxécutin d'un bloc de garnissage de four, comprenant un châssis ou cadre 21 en forme de segment circulaire, dont les élé- ments d'extrémité sont prolongés, renforcés et perforés pour le levage, comme décrit plus haut. Une série de pla- ques 22 en forme de segments circulaires d'une épaisseur de 1/16è à 1/8è de pouce de forme correspondant exacte- ment aux plaques supérieure et inférieure du cadre ou châssis sont soudées dans celui-ci. Une autre série de plaques segmentaires en acier 23 d'une épaisseur de 1/16è à 1/8à de pouce sont pliées de façon que la structure ap- paraisse en élévation latérale sous forme d'une série de triangles équilatéraux ou isocèles et, en plan sous forme d'un segment.
Les plaques pliées en zig-zag sont insérées dans le châssis ou cadre entre les plaques 22, de façon que ce châssis soit en fait rempli de compartiments ou boîtes en acier en forme de prismes triangulaires formés par les jonctions des sommets supérieurs et inférieurs des prismes avec les plaques de séparation adjacentes.
Les jonctions sont alors soudées par points ou par lignes ou cordons, de façon à former- une structure rigide et solide, comme montré à la figure 5, après quoi le cadre est entièrement rempli de matière réfractaire.
Les blocs réfractaires de garnissage de four montrés aux figures 1, 2, 3 et 5 peuvent être installés dans un four de la manière suivante.
Le garnissage ancien est enlevé et les tas supé- rieurs de briques du foyer à partir desquels.s'étendent ordinairement les parois latérales sont renouvelés, si
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nécessaire, ou nettoyés et traités de manière à présenter une surface plane et pleine destinée à recevoir les sec- tions ou blocs. Une couche de matière de jointoiement, qui peut être un ciment de magnésite ou une autre matière appropriée, d'une épaisseur de 1/2 à 1 pouce, est placée sur la surface de la maçonnerie du foyer et les blocs sont amenés en place au moyen d'une grue sur la maçonnerie, de façon à former le garnissage complet.
Normalement, il se présentera entre les blocs des intervalles de 1/2 à 3/4 de pouce et ces intervalles sont remplis complètement à l'aide d'un mortier de magnésite dur, pour rendre les joints imperméables aux gaz du four.
La figure 6. montre un bloc de garnissage de four destiné à être utilisé pour la construction de youtes de fours. Le bloc 24 est du type montré à la figure 5 et à sa face dorsale ou postérieure est attachée une plaque dorsale en acier 25 soudée au renforcement intérieur du loc. A la plaque dorsale en acier 25 est attaches, à l'a e de boulons à bête noyée 27 préalablement insérés dans une des plaques dorsales avant soudage,/fourche 26 en acier en forme de U. Les deux branches de la fourche 26 sont perforées pour recevoir uhe tige conique 28 qui relie le bloc à un dispositif de suspension 29.
Une partie de la voute d'un four est montrée- à la figure 7. Dans cette figure, une série de blocs 24 sont suspendus par les dispositifs de suspension 29 à une poutre de support 30 montée dans le four. Les extrémités des dispositifs de suspension 29 sont filetées et portent des écrous dé réglage 31. Ainsi, la longueur des disposi- tifs 19 peut être ajustée de façon à faciliter une mise en place rapide de n'importe quel bloc dans l'arche prin- cipale: Cette arche est supportée, en partie, par les habituels dossi-ers obliques 32 et, en partie, par suspen-
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sion.
Le nombre de blocs formant un anneau de l'arche peut varier selon les dimensions de la voûte considérée.
Les dimensions des blocs individuels peuvent aussi varier.
REVENDICATIONS.
1. Bloc de garnissage de four comportant un cadre ou châssis métallique entourant ses côtés et ses bords, ce châssis comportant une structure de renforcement métal- lique unitaire, qui définit dans ledit châssis une multi- plicité de compartiments ouverts à leurs extrémités et s'étendant de la face frontale à la face dorsale du bloc, chaque cmmpartiment étant rempli d'une matière réfractaire, 2. Bloc de garnissage de four suivant la revendica- tion 1, dans lequel la structure de renforcement comprend des couches de tubes métalliques, chaque tube étant assu- jetti aux tubes adjacents et les couches extérieures de tubes étant assujetties au cadre ou châssis.
3. Bloc de garnissage de four suivant la revendica- tion 2, dans lequel les tubes sont de section circulaire.
4. Bloc de garnissage de four suivant la revendica- tion 1, dans lequel la structure de renforcement métalli- que comprend des rangées de compartiments de section rec- tangulaire.
5. Bloc de garnissage de four suivant la revendica. tion 4 dans lequel les rangées de compartiments sont formées par des plaques métalliques s'imbriquant l'une dans l'autre.
6. Bloc de garnissage de four suivant la revendica- tion 1, dans lequel la structure de renforcement métalli- que comprend deux rangées de compartiments de section triangulaire.
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